DE2729860B2 - Düse für eine Glasfaserspinnvorrichtung - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Glasfasern wird eine Düse verwendet, die das geschmolzene, das Material für die Glasfasern darstellende Glas enthält. Die Düse ist an ihrem unteren Ende mit einer Lochplatte mit 400 bis Öffnungen versehen. Das geschmolzene Glas in der Düse wird durch die Öffnungen mittels des statischen Gefälledrucks und infolge der Viskosität gedrückt und bildet eine Anzahl von Glaskonussen, die dann mechanisch zu Fäden ausgezogen werden.

Dieses Verfahren ist jedoch insofern mit Schwierigkeiten verbunden, als die Lochplatte im Laufe der Zeit aufgrund der kombinierten Wirkung des Gewichtes des geschmolzenen Glases in der Düse, der beim Spinnen vorliegenden Zugkräfte, der hohen Spinntemperaturen, die Werte von 1100 bis 1300°C in der Regel erreichen usw., zu einem Durchbiegen oder Verformen neigt, so daß die Lochplatte eine konvexe Gestalt annimmt Die Durchbiegung der Lochplatte führt zu Unterschieden in den von den Glaskonussen, die von der Lochplatte herabhängen, abgegebenen Wärmestrahlungsmengen, insbesondere zwischen den nahe dem Umfang der Lochplatte und nahe dem Lochplattenmittelpunkt angeordneten öffnungen, was ein unstetiges Verspinnen zur Folge hat

ίο Desweiteren beeinträchtigt die Durchbiegung der Lochplatte die Stabilität der Glaskonusse wegen des Vorliegens einer größeren Kraftkomponente, die die Glaskonusse in Querrichtung längs der Lochplatte ziehen will, so daß die Glaskonusse zusammenfallen.

n Insbesondere bedingt die Durchbiegung der Lochplatte das Ausbilden eines Überflutens, indem die Konusse durch Kapillarwirkung längs der Unterseite der Lochplatte kriechen und sich mit benachbarten Konussen verbinden. Sobald das Überfluten stattfindet, ist es sehr schwierig, den Fluß von getrennten Glaskonussen wieder zu erhalten.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen und auch praktisch angewendet Dazu gehört z. B. die Erhöhung des

Abstandes zwischen benachbarten Öffnungen, eine Verdickung der Lochplatte selbst und das Vorsehen von Verstärkungsrippen auf der Lochplatte. Diese Vorgehensweisen haben sich jedoch nicht als zufriedenstellend erwiesen, da die Abmessung der Düse unzulässig

JO groß wird und dadurch die gleichförmige Erwärmung des durch die Düse gehaltenen geschmolzenen Glases eine Beeinträchtigung erfährt Hierdurch nämlich wird die Konsistenz der Glasströmung ungleichmäßig, was zu einem Brechen der Glasfasern führt oder, falls die

-)5 Glasfasern nicht brechen sollten, der Durchmesser der Fasern in unangemessener Weise fluktuiert, wodurch die Festigkeit der Fasern herabgesetzt wird. Da weiter die Lochplatte aus Platin besteht, führt die größere Abmessung der Düse unausweichlich zu erheblich höheren Installationskosten, die nur durch einen erhöhten Preis für das Produkt ausgeglichen werden können.

An eine Vergrößerung des Ausstoßes durch Verdikkung der Öffnungen und an eine Herabsetzung der Installationskosten durch Verkleinerung der Düsenabmessung besteht gegenwärtig ein erheblicher Bedarf. Daher werden heute Düsen mit Lochplatten verwendet, die 2000 bis 6000 glatte Bohrungsöffnungen aufweisen, welche so dicht, z. B. in einem Abstand von 3 mm oder weniger, angeordnet sind, daß die aus den glatten Bohrungsöffnungen austretenden Glaskonusse sich miteinander verbinden und zu dem vorgenannten Überflutungszustand führen, wenn keine geeigneten Mittel vorgesehen sind, die getrennte Konusströme beibehalten.

Um ein gutes Verspinnen unter Verwendung von solchen Düsen mit dicht angeordneten glatten Bohrungsöffnungen zu erhalten, ist es daher erforderlich, das Überfluten an der Unterseite der Lochplatte durch

^h" das fließende Glas oder das unerwünschte Verbinden der Glaskonusse miteinander zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird in der US-PS 39 05 790 die Verwendung von Luftdüsen vorgeschlagen, die einen Kühlluftstrom nach oben abgeben, um die Unterseite der Lochplatte

ii^r> und die Oberfläche der ausfließenden Glaskonusse zu kühlen, wodurch die Viskosität der Glaskonusse ansteigt und damit ein gegenseitiges Verbinden derselben verhindert wird. Bei der in der US-PS beschriebenen

Vorrichtung sind die glatten Bohrungsöffnungen jedoch so dicht vorgesehen, daß die Lochplatte fast die Gestalt eines Netzes annimmt und aufgrund der herabgesetzten Steifigkeit ein zu großes Verformungsvermögen aufweist Folglich führt der nach oben gegen die· Lochplatte gerichtete Kühlluftstrom zu einer ungleichmäßigen Kühlwirkung an den Glaskonussen, was zu Änderungen im Durchmesser der Fasern und gegebenenfalls zu einem Faserbruch führt, wodurch der Arbeitswirkun^sgrad und der Ausstoß beträchtlich beeinträchtigt werden.

Um den mit der Durchbiegung der Düse verbundenen Nachteil zu beseitigen, wurde das Vorsehen von z. B. angeschweißten Versteifungsrippen an der Lochplatte vorgeschlagen. Bei modernen Düsen mit Lochplatten, die eine große Anzahl von extrem dicht angeordneten glatten Bohrungsöffnungen aufweisen, ist jedoch an der Lochplatte nicht genügend Platz vorhanden, um die Veisteifungsrippen daran zu befestigen. Daher lassen sich Versteifungsrippen nur unter Vergrößerung des Platzes zwischen benachbarten Öffnungsreihen an den Stellen der Lochplatte vorsehen, wo die Rippen befestigt werden sollen, was die Lochplattenfläche in unerwünschter Weise vergrößert und dem gegenwärtigen Bedarf nach einer großen Anzahl von öffnungen auf einer möglichst kleinen Fläche entgegengerichtet ist.

Wenn jedoch solche Versteifungsrippen vorgesehen werden, werden die Glaskonusse an der Unterseite der Lochplatte notwendigerweise durch die Rippen in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt. Daher sind die Wärnieabstrahlungsverhältnisse bei den Glaskonussen an der inneren und äußeren Seite von jeder Gruppe unterschiedlich, so daß die Glaskonusse an der äußeren Seite eine größere Wärmeabstrahlung als diejenigen erfahren, die an der inneren Seite von jeder Gruppe angeordnet sind. Entsprechend haben die Glaskonusse an der äußeren Seite eine verringerte Temperatur, so daß längs der Lochplatte eine ungleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt, wodurch ebenfalls der Produktionswirkungsgrad nachteilig beeinflußt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Düse zum Spinnen von Glasfasern zu schaffen, die eine Lochplatte mit einer erhöhten Anzahl an glatten Bohrungsöffnungen pro Flächeneinheit aufweist und gegen ein Durchbiegen in ausreichendem Umfang versteift ist.

Mit der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Düse für das Verspinnen von Glasfasern verbunden, bei der weder die Qualität der Fasern noch der Produktionswirkungsgrad durch das Vorsehen von versteifenden oder verstärkenden Rippen beeinträchtigt wird.

Ferner schafft die Erfindung eine verbesserte Düse für das Verspinnen von Glasfasern, die ausreichend verstärkt ist und dennoch nicht zu erhöhten Kosten führt.

Bei einer Düse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung werden diese Ziele durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Zusammengefaßt wird durch die Erfindung eine Düse zum Verspinnen von Glasfasern geschaffen, die an ihrem unteren Ende eine Lochplatte trägt, die mit einer großen Anzahl von extrem dicht angeordneten, die Öffnungen darstellenden glatten Bohrungen versehen ist. Um die Düse zu versteifen, sind Tragbalken in der Düse vorgesehen, die sich im wesentlichen parallel und in Abstand von der Lochplatte erstrecken. Jeder Tragbalken ist mit seinen beiden Enden an den gegenüberliegenden Düsenwänden befestigt und steht mit der Lochplatte über stangenförmige Elemente mit geringem Durchmesser in Verbindung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht von einer erfindungsgemäß aufgebauten Düse,

Fig.2 eine vergrößerte geschnittene Teilvorderansicht längs der Linie H-II nach F i g. 1 und

ίο Fig.3 eine Teildraufsicht auf die Düse bei Betrachtung von deren Oberseite aus mit Darstellung von Details des inneren Düsenaufbaus.

Wie in F i g. 1 und 2 gezeigt, ist eine erfindungsgemäße Düse an ihrem unteren Ende mit einer Lochplatte 2 versehen, in der eine große Anzahl von Löchern oder öffnungen 1 in Form von extrem dicht angeordneten glatten Bohrungen ausgebildet ist. Die Düse besitzt gegenüberliegende Wände 3,3', an denen die betreffenden Enden von Tragbalken 4, 4... beispielsweise durch Verschweißen befestigt sind. Diese Tragbalken 4, 4... erstrecken sich parallel und in Abstand zur Lochplatte 2. Die Tragbalken 4, 4... sind mit der Lochplatte 2 über stangenförmige Elemente 5 mit geringem Durchmesser verbunden. Die Tragbalken 4 und die stangenförmigen Elemente 5 bilden zusammen Versteifungs- oder Verstärkungsorgane für die Lochplatte.

Nach F i g. 3 sind die Tragbalken 4 so angeordnet, daß sie sich unter rechtem Winkel zur Längsrichtung der Düse erstrecken, wenn letztere einen rechteckförmigen

jo Umriß hat, wobei die Anzahl an Tragbalken frei nach der Abmessung der Düse ausgewählt wird, während die Anzahl an stangenförmigen Elementen in geeigneter Weise entsprechend der Länge des Tragbalkens gewählt wird.

Nichtdestoweniger können die Tragbalken auch so angeordnet werden, daß sie sich radial vom Mittelpunkt eines Kreises erstrecken, oder sie können bei Verwendung einer zylindrischen Düse parallel zueinander angeordnet werden. Wenn erforderlich, kann auch irgendein anderes Anordnungsmuster für die Tragbalken, z. B. in Form eines Gitters oder dergleichen, vorgesehen werden.

Der Abstand zwischen einem Tragbalken und der Lochplatte liegt vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 10 mm. Ein zu kleiner Abstand würde die Zufuhr an geschmolzenem Glas zu den öffnungen nachteilig beeinflussen, während ein zu großer Abstand eine übermäßig große Längenänderung oder Dehnung der Tragbalken zur Folge hätte, wodurch der versteifende

so Effekt auf die Lochplatte verschlechtert würde.

Der Tragbalken kann jede gewünschte Form haben und z. B. als flache Platte, Stange oder dergleichen ausgebildet sein. Er besteht vorzugsweise aus Platin. Um die Kosten so klein wie möglich zu halten, werden daher die Tragbalken schmal unter Berücksichtigung der Erzielung eines ausreichenden versteifenden Effektes ausgebildet. Auch sollten die die Tragbalken mit der Lochplatte verbindenden stangenförmigen Elemente so klein wie möglich ausgebildet sein. Aus dem gleichen

w) Grund sollte die Anzahl an in einer Düse verwendeten Tragbalken als auch die Anzahl an stangenförmigen Elementen für einen Tragbalken so klein wie möglich unter Berücksichtigung der Erzielung eines guten versteifenden Effektes sein.

h> Der Abstand, unter dem die Tragbalken bzw. die stangenförmigen Elemente angeordnet sind, beträgt gewöhnlich 10 bis 50 mm bzw. 5 bis 20 mm, obgleich der Abstand von der Abmessung der Lochplatte und der

Anzahl an in dieser ausgebildeten glatten Bohrungsöffnungen abhängt.

Dank des vorgenannten Aufbaus wird die Lochplatte der Düse erfindungsgemäß frei von Kräften gehalten, die die Lochplatte nach unten durchbiegen wollen, da die Kräfte durch die Verstärkungselemente, bestehend aus Tragbalken und stangenförmigen Elementen, aufgenommen werden. Desweiteren nehmen die Verstärkungselemente nur eine sehr begrenzte Fläche auf der lochplatte ein. Insbesondere ist die Anzahl an durch das Vorsehen der Verstärkungselemente wirkungslos gemachten öffnungen sehr gering im Vergleich zur Gesamtanzahl an Öffnungen, so daß der Temperaturunterschied zwischen den Glaskonussen aus den betreffenden öffnungen in angemessener Weise verkleinert ist. Daher kann erfindungsgemäß die gesamte Fläche der Lochplatte in wirksamer Weise für ein dichtes und gleichförmiges Anordnen der öffnungen im Gegensatz zu der konventionellen Anordnung ausgenutzt werden, bei der der Abstand zwischen den benachbarten öffnungen an den Bereichen vergrößert wurde, wo sich die Verstärkungselemente befinden oder bei der die öffnungen in Form einer Vielzahl von separaten Gruppen angeordnet sind.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch auf solche Düsen mit Lochplatten anwendbar ist, bei denen die Öffnungen in Form von durch die Verstärkungselemente voneinander getrennten Gruppen angeordnet sind, um in wirksamer Weise ein Durchbiegen der Lochplatte an den Stellen zu verhindern, wo die Öffnungsgruppen vorliegen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sich die Aufteilung von verbundenen Glaskonussen in unabhängige Konusse wirksam vornehmen läßt. Wie eingangs erwähnt, wird diese Aufteilung von verbundenen Konussen gewöhnlich dadurch erzielt, daß ein Luftstrom aus Düsen nach oben gegen die Unterseite der Lochplatte gerichtet wird, um die Lochplatte zu kühlen und damit die Aufteilung des geschmolzenen Glases im Oberflutungszustand aus der Lochplatte zu erleichtern, wodurch die Trennung der verbundenen Glaskonusse gefördert wird. Wenn jedoch die Trennung bis zu einem gewissen Umfang vorgenommen ist, steigt die Temperatur der Lochplatte infolge des erhöhten Durchsatzes an geschmolzenem Glas durch die öffnungen und der entsprechend erhöhten, von dem geschmolzenen Glas zugeführten Wärmemenge wieder aii. Dieser Temperaturanstieg bedingt in unerwünschter Weise eine erneute Vereinigung der Glaskonusse. Hierdurch wird der Vorgang der Aufteilung beträchtlich erschwert, insbesondere dann, wenn die Anzahl an verwendeten öffnungen groß ist.

Erfindungsgemäß beginnt jedoch die Aufteilung der verbundenen Glaskonusse zunächst an Stellen, wo die Abstände zwischen benachbarten öffnungen wegen des Vorsehens der stangenförmigen Elemente größer sind als an anderen Bereichen, so daß eine Vielzahl von Gruppen aus verbundenen Glaskonussen gebildet wird. Die Aufteilung wird dann in jeder Gruppe weiter vorgenommen. Es versteht sich, daß bei einer solchen Art der Aufteilung die Wahrscheinlichkeit geringer ist, daß eine erneute Vereinigung der Glaskonusse erfolgt, wodurch die Wirksamkeit der Aufteilung in weitem Umfang verbessert wird.

In der Tat läßt sich erfindungsgemäß die Zeit auf etwa die Hälfte derjenigen reduzieren, die beim Aufteilen von verbundenen Glaskonussen nach der konventionellen Vorgehensweise erforderlich ist.

Die vorteilhaften Merkmale der Erfindung werden

ίο aus der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen einer erfindungsgemäßen Düse besser verständlich.

Beispiel 1

Das Glasfaserspinnen wurde mittels einer Düse durchgeführt, die an ihrem unteren Ende eine Lochplatte mit 2000 Öffnungen aufwies, welche in einem konstanten Teilungsabstand von 1,80 mm angeordnet waren. Die Lochplatte war durch drei direkt daran befestigte Verstärkungsrippen versteift. Die Düse hatte nur eine Lebensdauer von 0,8 Monaten, während eine andere Düse mit der gleichen Lochplatte, jedoch sieben Verstärkungselementen über eine Zeitdauer von 2 Monaten sich als einsatzfähig erwiesen hatte, jedoch aufgrund der ungleichmäßigen Temperaturverteilung über die Lochplatte eine schlechte Arbeitsweise beim Verspinnen zeigte.

Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, daß eine erfindungsgemäße Düse mit 11 Verstärkungselementen über eine Zeitdauer von 12 Monaten eingesetzt werden kann und keine ungleichmäßige Temperaturverteilung über den öffnungen aufweist. Die Verstärkungselemente besaßen drei stangenförmige Elemente bei jedem Tragbalken, so daß die Lochplatte durch jedes Verstärkungselement an drei Stellen abgestützt war.

Beispiel 2

Das Glasfaserspinnen wurde unter Verwendung einer Düse vorgenommen, die an ihrem unteren Ende eine Lochplatte aufwies, welche durch 5 direkt befestigte Verstärkungselemente versteift war und die 4000 ir einem konstanten Teilungsabstand von 1,80 mm angeordnete öffnungen hatte. Aufgrund der Durchbiegung der Lochplatte konnte diese Düse nur 0,6 Monate lang eingesetzt werden und wurde eine gewisse ungleichmäßige Temperaturverteilung beobachtet. Eine erfindungsgemäß aufgebaute Düse mit 17 Verstärkungselementen konnte dagegen 10 Monate lang verwendet werden und zeigte fast keine ungleichmäßige Temperaturverteilung. Die Verstärkungselemente umso faßten jeweils 3 stangenförmige Elemente für jeder Tragbalken, ähnlich wie bei Beispiel 1.

Wie erläutert, gewährleistet die Erfindung ein stetiges Verspinnen der Glasfasern, da durch das Vorsehen der Verstärkungselemente ein Durchbiegen der an der Düse V' vorgesehenen Lochplatte verhindert wird. Dabei besteht jedes Verstärkungselement aus einem beidseitig mit der Wand der Düse verbundenen Tragbalken und stangenförmigen Elementen, mittels denen der Tragbalken mit der Lochplatte verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 Patentansprüche:

1. Düse für eine Giasfaserspinnvorrichtung mit einer Lochplatte an ihrem Boden, wobei die Lochplatte eine große Anzahl von aus glatten Bohrungen bestehenden Öffnungen aufweist, die so dicht angeordnet sind, daß die Glaskonusse bestehend aus aus der Düse durch die betreffenden Öffnungen ausgeströmter Masse aus geschmolzenem Glas, die Neigung haben, sich mit benachbarten Konussen zu verbinden, so daß an der Unterseite der Lochplatte ein Überschwemmungszustand hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Tragbalken (4) in der Düse angeordnet und an ihren beiden Enden mit den gegenüberliegenden Wänden der Düse verbunden sind, wobei die Tragbalken sich parallel und in Abstand von der Lochplatte (2) erstrecken und wenigstens ein siangenförmiges Element (5) für jeden Tragbalken vorgesehen ist, das den Tragbalken mit der Lochplatte verbindet

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stangenförmige Element einen im wesentlichen gleichen Durchmesser wie der Durchmesser der glatten, die Öffnungen bildenden Bohrungen (1) hat und mit seinem einen Ende befestigend in der betreffenden glatten Bohrung eingesetzt ist

3. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tragbalken (4) von der Lochplatte (2) in einem Abstand von 1,5 bis 10 mm steht.

4. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Tragbalken (4) in einem konstanten Teilungsabstand parallel zueinander angeordnet ist.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragbalken (4) in einem Teilungsabstand von 10 bis 50 mm angeordnet sind.

6. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von stangenförmigen Elementen (S) in einem konstanten Teilungsabstand von 5 bis 20 mm angeordnet ist.

7. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Tragbalken (4) so angeordnet ist, daß sich die Tragbalken radial erstrecken und in der Mitte der Düse schneiden.

8. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Tragbalken (4) so angeordnet ist, daß sie ein Gitter bilden.